JP2023182732A - 耐久性向上のためナノラミネートを備えた光学コーティング - Google Patents

Abstract

【課題】光学デバイスのための反射防止コーティング（anti-reflectivecoating、ＡＲＣ）において、可視波長における効率のよい反射防止特性、高透明度、及び耐久性を向上させる。【解決手段】低屈折率と高屈折率との交互層から作製される。層の少なくとも１つ、好ましくは上部層は、ナノラミネートから作製される。ナノラミネートは交互のナノ層の構造であり、ナノ層のそれぞれは、置き換えられる層と類似する屈折率を有する材料からなる。任意的に、層のそれぞれは、低屈折率を有する層が低屈折率を有するナノ層のナノラミネートから作製される一方、高屈折率層が高屈折率を有するナノ層のナノラミネートから作製されるように、ナノラミネートから作製される。ナノ層のそれぞれは、２～１０ナノメートル厚である。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１７年６月１日に出願の米国仮特許出願第６２／５１３，９３３号、及び２０１８年４月２日に出願の米国仮特許出願第６２／６５１，６１７号の優先権を主張するものであり、それらの開示全体が言及によって本明細書に援用される。

［技術分野］
本開示は、一般に、反射防止コーティングなどの光学コーティングの分野と、そうした光学コーティングの作製とに関する。

反射防止コーティング（anti-reflectivecoating、ＡＲＣ）は、例えば、眼鏡、板ガラス（例えば車のフロントガラス）、フラットスクリーンディスプレイ、及びタッチスクリーンなど数多くの用途に用いられている。これらの用途の多くでは、ＡＲＣの要件に可視波長における効率のよい反射防止特性、高透明度、及び耐久性が含まれる。自明のことながら、これらの特性を商業上許容されるコストで得る必要がある。

一般に、基板上にＡＲＣを形成する２つの方法、つまりウェット法とドライ法とが存在する。ドライ法は、高屈折率と低屈折率とが交互の複数の薄層を積層させる成膜法又はスパッタリング法を使用する。この方法は、層間インターフェイスにおける優れた付着性や層厚の非常に正確な制御をもたらすが、比較的高い製造コストを必要とする。ウェット法は、湿式溶液で基板をコーティングし、その後溶媒を乾燥させることに関連する。この方法でも、低屈折率と高屈折率との交互層が形成されるので、プロセスが繰り返される必要があり、ドライ法と比較して層のインターフェイスにおける付着性が比較的低くなる。

ＡＲＣを形成するためのウェット法及びドライ法の例は、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４記載されている。

従来のＡＲＣにおける一問題は、ＡＲＣを形成する大量生産でありコスト競争力のある大部分の方法では、連続的に使用される又は厳しい環境で使用されるデバイスに使用される十分に耐傷性又は耐摩耗性のあるコーティングが形成されないということである。携帯電話などの携帯デバイスは、従来のＡＲＣコーティングに合わない用途の一例である。この理由は、ＡＲＣへの任意の損傷が、スクリーンより放射される光を大きく屈折させて、デバイスに非常に明らかな不良をもたらすことである。この非常に明らかな不良により、ＡＲコーティングの反射防止の恩恵がなくなってしまう。

米国特許第９，４８２，７８９号明細書 米国特許第８，３５８，４６７号明細書 米国特許第６，５３２，１１２号明細書 米国特許第５，１０６，６７１号明細書

ゆえに、例えばフラットパネルディスプレイやタッチスクリーンに使用可能な改良されたＡＲＣが当該技術分野において求められている。

以下の本開示の発明の概要は、本発明におけるいくつかの態様及び特徴の基本的な理解を得るために包含される。この発明の概要は本発明の広範囲の概略ではなく、それ自体特に本発明の不可欠な又は重要な要素を特定すること、又は本発明の範囲を詳述することを意図しない。その唯一の目的は、以下に記載されるより詳細な説明の前置きとして簡易な形態で本発明のいくつかの概念を提示することにある。

開示の実施形態では、改良された光学特性及び機械特性、特に高耐久性及び耐傷性を有する改良された光学コーティング構造が提供される。開示の実施形態では、許容される商業上のコストで大量製造において実施可能な作製方法が使用される。

開示の実施形態において、例えばＡＲＣなどの光学コーティングは、そのそれぞれが交互の屈折率のナノ層を有する、ナノラミネートとも呼称される複数の超格子を使用して形成されて、改良されたＡＲＣ構造を形成する。各超格子は、交互の組成及び／又は結晶相であるが、対応する屈折率を有する、少なくとも２個のｎｍスケール層（すなわち１個の２重層）からなる。複数の超格子は、交互の有効屈折率を有して積み重ねられる。超格子の有効屈折率は、ナノ層の厚みで重み付けされた、２重層をなす２個のナノ層の平均屈折率である。開示の実施形態において、ナノ層のそれぞれは、３０ナノメートル以下の、より具体的には２～１０ｎｍの範囲の厚みのものである。一部の実施形態において、ＡＲＣ構造全体がナノ層から作製される。他の実施形態において、標準的なＡＲＣ層が形成され、１個の、典型的には最後の光学層が複数のナノ層から作製されて、ハードキャップ層を形成する。

一般的な態様において、光学コーティングが提供され、該光学コーティングは、第１屈折率をそれぞれが有する複数の低屈折率層と、第１屈折率よりも大きい第２屈折率をそれぞれが有する複数の高屈折率層とを含み、低屈折率層と高屈折率層とは、組み合わせられるように交互に配置されて積層体を形成し、低屈折率層及び高屈折率層から選択される少なくとも１個の層は、２つの異なる材料の交互のナノ層から作製されたナノラミネート層を含む。

開示の実施形態は、光学コーティングを形成する方法を含み、該方法は、透明基板を準備するステップと、第１屈折率を有する第１屈折率層と第２屈折率を有する第２屈折率層とを交互に複数回形成することで該基板上に複数の透明層を形成するステップとを含み、複数の透明層を形成することは、透明基板をスパッタリングチャンバに配置することと、異なる材料の２個のナノ層からなる少なくとも１個の２重層を形成するためスパッタリングチャンバを作動させることとによって、少なくとも１個の層を形成することを含み、ナノ層のそれぞれは２～１０ナノメートルの厚みを有し、基板上に形成されたナノ層に酸素イオン又は窒素イオンをともに注入しながら、ナノ層のそれぞれがターゲットからのスパッタリング材料によって形成される。さらに、方法には、複数の透明層を形成する前に基板に直接的にシード層を形成することを含むことができる。また、方法には、複数の透明層上にダイヤモンド様コーティングを形成することを含むことができる。また、方法には、ダイヤモンド様コーティング上にシリコン層を形成することと、シリコン層上にシリコン酸化物層を形成することと、シリコン酸化物層上に指紋防止層を形成することとを含むことができる。さらに、方法には、屈折率ｎ_１及びｎ_２を有して、（ｎ_１－ｎ_２）／（ｎ_１＋ｎ_２）≦０．０７の関係を満たすように、異なる材料を選択することを含むことができる。さらに、方法には、（ｎ_ｆ－ｎ_ｓ）／（ｎ_ｆ＋ｎ_ｓ）≧０．１０の関係を維持し、式中、ｎ_ｆは２重層の有効屈折率であり、ｎ_ｓは第１屈折率又は第２屈折率のうちの１つの屈折率であるように、複数の透明層を形成すること含むことができる。

本発明の他の態様及び特徴は、以下の図面に関して記載される詳細な説明から明らかになる。詳細な説明及び図面は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の種々の実施形態の種々の非限定的例をなすものであることが理解される必要がある。

この明細書に含まれるともにこの明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の実施形態を例示するものであり、詳細な説明とともに本発明の原理を記載して表す役割を担う。図面は、概略的に例示の実施形態の主な特徴を示すことが意図される。図面は、実際の実施形態のすべての特徴や示される要素の相対的寸法を示すことを意図するものではなく、正確な縮尺で描かれていない。

図１において、図１Ａは、特許文献３に公開されている先行技術のＡＲＣ構造を示し、図１Ｂ～図１Ｄは、本発明の実施形態における変形ＡＲＣ構造を示す。 図２において、図２Ａ～図２Ｃは、一実施形態における光学コーティングを形成するプロセスを示す。 図３Ａは、光学コーティングのさらなる実施形態を示す。 図３Ｂは、光学コーティングのさらなる実施形態を示す。 図３Ｃは、光学コーティングのさらなる実施形態を示す。 図３Ｄは、中間保護接着層を備えたＤＬＣと指紋防止層との保護積層体を有する実施形態を示す。

ここで、創意に富んだ光学コーティング及びその作製の実施形態を図面に関して記載する。様々な用途のために又は様々な有利性を得るために、種々の実施形態又はそれらの組合せを使用することができる。本明細書に開示する種々の特徴は、得ようとする結果次第で、利点を要件や制約と両立させて、部分的に又はそのすべてを単独で又は他の特徴と組み合わせて使用することができる。ゆえに、特定の有利性は種々の実施形態において強調されるが、開示の実施形態に限定されるわけではない。すなわち、本明細書に開示の特徴は、それらが記載される実施形態に限定されるわけではなく、他の特徴と「様々に組み合わせられ」、他の実施形態に組み込むことができる。

開示の実施形態は、ナノラミネート構造を有する光学コーティングを形成する方法を含む。本開示の文脈において、ナノラミネートは、異なる組成の交互のナノ層であり、各ナノ層は３０ｎｍ以下の厚みを有する。種々の開示の実施形態では、各ナノ層が２～１０ｎｍの薄さであるとき有益な結果が示されている。ナノラミネート構造における腐食、摩耗、きず、及び硬度の特性は、３０ｎｍより大きい厚みの個々の膜又は積層膜のものより特に良好である。

開示の実施形態において、ＡＲＣ層は、ガラス（ゴリラガラスなどの処理ガラスを含む）、サファイア、及びプラスチックなどの種々の結晶基板又は非結晶基板に形成することができる。しかしながら、開示の実施形態では、基板を３００℃以下の温度に維持しながら層が形成される。

図１Ａは、特許文献３に公開されているＡＲＣ構造を示し、図１Ｂ～図１Ｄは、本発明の実施形態における変形ＡＲＣ構造を示す。先行技術に公開されているように、図１Ａに示すＡＲＣ層は、異なる屈折率を有する酸化物材料の交互層からなる。このように、図１Ａの例において、層２及び層４は１．４５～１．５０の屈折率を有するＳｉＯ２から作製される一方で、層３及び層５は２．１～２．３の屈折率を有するＮｂＯから作製される。この配置には、５２０ｎｍ波長で１．９～２．１の屈折率を有するＩＴＯ層によってキャッピングが行われる。

開示の実施形態では、ＡＲＣ層の少なくとも１つを超格子で置き換え、該超格子は置き換えた層のものと類似する屈折率を有する材料の交互のナノ層から作製されることで、ＡＲＣ構造の性能を向上する。図１Ｂは、ＩＴＯキャップ層１が複数のナノ層１´の超格子ナノラミネートにより置き換えられた一例を示す。ＩＴＯ層は、１．９～２．１の屈折率を有すると報告されている。ゆえに、この例では、ナノ層が類似する屈折率を有するように選択されている。一実施形態において、ＩＴＯ層１は、全体で２５ｎｍ厚になるように、それぞれ２．５ｎｍ厚を有する、ＳｉＮとＡｌＮとの１０個の交互のナノ層により置き換えられる。ＳｉＮは５２０ｎｍの波長で２．０５の屈折率を有する。ＡｌＮは５２０ｎｍの波長で２．１５の屈折率を有する。ナノラミネート層１´は、機械的特性を向上させ得、ＡＲＣ構造をより耐久性のあるものにし、以下に示すように、置き換えられたＩＴＯのものと同様の２．１０の有効屈折率を有する。

図１Ｃは、層２がナノラミネート構造２´により置き換えられる実施形態を示す。層２は、５２０ｎｍ波長で１．４５～１．５０の屈折率を有すると報告されている。ゆえに、この例では、ナノ層が類似する屈折率を有するように選択されている。この例では、ナノラミネート構造２´は、全体で４０ｎｍになるように、それぞれ２．５ｎｍ厚である、ＳｉＯとＡｌ_２Ｏ_３との１６個の交互層から作製される。ＳｉＯは、５２０ｎｍ波長で１．４６の屈折率が報告されている一方、Ａｌ_２Ｏ_３は、５２０ｎｍ波長で１．７７の屈折率が報告されている。しかしながら、これらの膜が、本発明の開示にて推奨されるように、スパッタリングを使用して形成されるとき、ＳｉＯは１．４８～１．５０の屈折率を有する一方、Ａｌ_２Ｏ_３は１．６５～１．６７の屈折率を有し、１．５７の有効屈折率を得る（以下の計算を参照のこと）。

図１Ｂ及び図１Ｃのそれぞれは、１個の層のみがナノラミネートで置き換えられる実施形態を示すが、開示の実施形態において任意の数の層が、類似の屈折率を有する材料のナノラミネートにより置き換えられることができる。実際に、一部の実施形態では、図１Ｄの例において示すように、すべての層を置き換えることができる。

図１Ｄの例では、ＩＴＯキャップ層１は、全体で２５ｎｍ厚になるように、それぞれ２．５ｎｍ厚を有する、ＳｉＮとＡｌＮとの１０個の交互のナノ層から作製されるナノラミネート層１´により置き換えられる。層２は、全体で４０ｎｍになるように、それぞれ２．５ｎｍ厚である、ＳｉＯとＡｌ_２Ｏ_３との１６個の交互層から作製されるナノラミネート層２´により置き換えられる。層３は、全体で６０ｎｍ厚になるように、それぞれ３ｎｍ厚を有する、ＳｉＮとＡｌＮとの２０個の交互のナノ層を有するナノラミネート層３´により置き換えられる。層４は、全体で２５ｎｍになるように、それぞれ２．５ｎｍ厚である、ＳｉＯとＡｌ_２Ｏ_３との１０個の交互層から作製されるナノラミネート層４´により置き換えられる。層５は、全体で１８ｎｍ厚になるように、それぞれ３ｎｍ厚を有する、ＳｉＮとＡｌＮとの６個の交互のナノ層を有するナノラミネート層５´により置き換えられる。

ナノラミネートの各層の材料は慎重に選択する必要がある。光学コーティングとして機能させるため、低ＡＲ層ナノラミネート積層体の屈折率をできるだけ低くし、高ＡＲ層ナノラミネート積層体の屈折率を可能な屈折率ほど高くする必要がある。しかしながら、屈折率は唯一つの重要な特性ではない。堅牢なナノラミネート積層体では、個々のナノ層の硬度、せん断率、及び応力も重要である。高率ナノ層は、ＺｒＯ、Ｙ－ＺｒＯ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＺｒＮ、ＴｉＯ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、ＣｒＴｉＯ、及びＣｒＴｉＮの（化学量論的及び非化学量論的）光学膜の組合せから作製することができる。低屈折率のナノ層は、ＳｉＯ、ＡｌＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯの膜の組合せから作製することができる。

この文脈において、低屈折率及び高屈折率という用語は定量的測定値として使用されるものではなく、むしろ交互層間の区別を可能にする相対的ディスクリプタとして使用されるということが理解される必要がある。ＡＲＣの文脈で重要なことは、屈折率の特定の値ではなく、低屈折率層が高屈折率のものよりも十分に低い屈折率値を有して必要な光学作用をもたらすことである。

また、ナノ層の屈折率は光学積層体におけるその目的にかなうものであることが重要である。高ナノ層及び低ナノ層のそれぞれでは、２個の交互のナノ層をなす材料の屈折率が近接するほど、光学性能が向上する。実際に、ナノラミネート内の２個のナノ層の屈折率が等しい場合、光学インターフェイスで反射する光の量が（ｎ１－ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）に比例するので光劣化は存在しない。（ｎ１－ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）の結果は、ナノラミネート層内のナノ層では好ましくは０．０７未満であり、高率ナノラミネート積層体と低率ナノラミネート積層体との間では０．１より大きい必要がある。

図１Ｄの例をみると、高屈折率ナノラミネート（例えば、層１´、３´、及び５´）の屈折率の違いは、（ｎ１－ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）＝（２．１５－２．０５）／（２．１５＋２．０５）＝０．０２である。報告値を使用した低屈折率ナノラミネートの屈折率の違いは、（ｎ１－ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）＝（１．７７－１．４６）／（１．７７＋１．４６）＝０．０９であり、これは要求される０．０７を超える。ゆえに、本明細書に記載されるように、スパッタリングによって層を形成することが有利である。スパッタリング値を使用して、（ｎ１－ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）＝（１．６７－１．４８）／（１．６７＋１．４８）＝０．０６が得られ、これは要求される０．０７内のものである。高率と低率との違いは、２個の層の厚み比を考慮して計算される。ナノラミネート１´は、［（ｔ１×ｎ１）＋（ｔ２×ｎ２）］／（ｔ１＋ｔ２）の有効屈折率を有し、式中、ｔ＝厚みである。つまり、［（２．５×２．０５）＋（２．５×２．１５）］／５＝２．１０である。層２´の有効屈折率は、［（２．５×１．４８）＋（２．５×１．６７）］／５＝１．５７である。ゆえに、これら２個の層の違いは（ｎ１－ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）＝（２．１０－１．５７）／（２．１０＋１．５７）＝０．１４である。

ところで、図１Ｂ～図１Ｄの例において、ナノラミネート内のすべてのナノ層が同じ厚みを有するが、必ずしもそうである必要はない。例として、層１´の有効屈折率は、ＳｉＮナノ層よりもＡｌＮナノ層を厚くすることで増加可能である。例として、ＡｌＮを６ｎｍに、ＳｉＮを３ｎｍに設定することができ、この場合有効屈折率は、［（３×２．０５）＋（６×２．１５）］／９＝２．１２である。同様に、層２´の有効屈折率を低下させるために、［（５．５×１．４６）＋（２．０×１．６７）］／７．５＝１．５２に設定することができる。

上述の開示から見受けられるように、各ナノラミネートは、類似する屈折率の２つの異なる材料からなる複数のナノ層を含み、該ナノ層は交互に積層されている。ゆえに、２重層ということができ、各２重層は、それぞれ異なる材料からなるが類似する屈折率を有する２個のナノ層の積層体である。この文脈において、類似する屈折率とは、１個のナノラミネートの２重層内の一方の層の屈折率値が、異なるナノラミネート内のナノ層の屈折率よりも、２重層内の他方のナノ層の屈折率値に近いということを意味する。すなわち、低屈折率ナノラミネートの２重層をなす２つの材料は、高屈折率ナノラミネートをなすいずれの２重層の屈折率よりも、互いに近い値を有する。

一般的に、コーティングの腐食性、摩耗性、きず性、及び硬度を向上させるために、２重層は、それぞれが２～１０ナノメートルの厚みを有するナノ層から作製される。２重層は、所望の光学効果を得るために、屈折率が交互になった複数のナノラミネートを形成するのに使用される。一部の実施形態において、反射コーティングが形成される。反射コー
ティングは、例えば携帯デバイスの裏側に形成することができる。この場合、光学積層体は、携帯デバイスが着色されて見えるように、所望の色を反射するように設計される。反射コーティングは、半波長（１/２λ）積層体において設計される。一方、反射防止コー
ティングは、スクリーンからの光反射を排除又は低減するために携帯デバイスのディスプレイ側に形成される。反射防止コーティングは、４分の１波長積層体（１/４λ）におい
て設計される。波長は、積層体が反射しようとする波長である。ゆえに、幅広い波長を反射する効果的なＡＲＣを形成するため、複数のナノラミネートが種々の厚みを有するように形成される必要がある。

開示の実施形態において、ナノ層は金属の酸化物、窒化物、又は酸窒化物から作製される。一部の例は、ＹｓＺ、Ａｌ_ｘＯ_ｙ、ＡｌＮ、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、ＡｌＳｉＯ、及びＳｉＯＮを含む。一部の実施形態において、接着層又はシード層をまず堆積させ、接着層又はシード層はＩＴＯ、ＳｎｘＯｙ、及びＷＯｘなどの材料のものであり得る。また、好ましい実施形態では、ターゲット材料が堆積される金属からなるとともに、酸素又は窒素が堆積時にイオン注入されるように、種々の層がイオンビーム支援堆積法（ion beam assisteddeposition、ＩＢＡＤ）を使用して形成される。ゆえに、スパッタリングプロセスは金属モ
ード（メタモードとも呼称される）で行われ、ターゲットは、典型的にはアルゴンイオンによって（非酸化）金属としてスパッタリングされ、基板に形成された非常に薄い膜（典型的には約１ｎｍ）は、堆積金属にＯ_２又はＮ_２イオンビームを衝突させることによって酸化物又は窒化物に変換される。例として、スパッタリングのターゲットは、純シリコン又はアルミニウムからなり得る一方、イオンビームは、アルゴン含有又は非含有で、Ｏ_２又はＮ_２を含み、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＡｌＯ等の層を形成する。また、好ましい実施形態では、イオン電流対原子到達率比（ratio ion currentto atom arrival rate）は、０．５
未満であり、イオンは６００ｅＶ以下のポテンシャルエネルギーを有する。

一部の実施形態において、任意の層の屈折率は材料の合金化によって変更され得る。例として、ＭｇＯは、ＺｒＯｘなどの高屈折率材料又はＡｌＯｘなどの低屈折率材料を合金化するために使用できる。合金化は、層の結晶化温度を低下させることになる約８～１０％のＭｇＯを添加することで行うことができる。他の例では、靭性を向上させるために、約１０～１２％のクロムをチタンと合金化することができる。二酸化チタンの３つの鉱物形態の１つであるアナターゼは、２．４の高屈折率を有するが、低硬度であるので、合金化に適する候補である。チタン自体は、屈折率を変更するため合金化剤として使用可能である。タンタルは、高屈折率材料の特性を変更するため合金化剤になり得る一方、ホウ素は、低屈折率材料の特性を変更するため合金化剤になり得る。

図２Ａ～図２Ｃは、一実施形態における光学コーティングを形成するプロセスを示す。図２Ａにおいて、プロセスは、例えばプラズマ又はイオンボンバードメントを使用して、基板２００の表面を処理することから開始することができる。プラズマ又はイオンボンバードメントは、アルゴン又は水素種を含むことができる。図２Ｂでは、シード層２０５が、結晶成長パターンを設定する及び／又は付着性を向上させるため基板２００の表面上に形成される。シード層２０５はＩＴＯ、ＳｎｘＯｙ、及びＷＯｘなどの材料のものであり得、イオンビーム支援堆積法を使用して形成される。図２Ｃでは、ナノラミネート層２１０がシード層２０５上に形成される。

図３Ａをみると、この例ではＡＲＣである光学コーティングが示されており、これは部分的に標準的な層から作製され、部分的にナノラミネートから作製される。この例では、基板３００は、例えば携帯電話又は他の形態デバイス又はタッチスクリーンのフロントガラスなどのガラスで有り得る。ＡＲＣは、ディスプレイのガラスに塗布されると、バッテリー寿命を増大させ、明るい光のなかでもディスプレイの可視性を向上させることができる。しかしながら、コーティングへのきずによりデバイスにおいて見にくい領域が発生し
てしまう。この外観の損傷は非常に見えやすいものであり、高摩耗及び高使用の用途においてこれらの膜の利用を望ましくないものにする。また、先行技術の光学積層体に使用される膜における応力は非常に大きいものになり得る。デバイスを落とす又はデバイスがガラス面に衝撃を受けた場合、これは破損の増加をもたらし得る。破損は、携帯デバイス製造業者にとって保証による返品の大きな原因となり、破損増加のリスクは製造業者にとって膜の使用を望ましくないものにする。ゆえに、図３Ａの実施形態は、コーティングの耐久性を増大させるように提供され、ディスプレイデバイスに使用することができる。

図３Ａのコーティングは、高屈折率と低屈折率とが交互の複数層を含む。第１層は、１０ｎｍの厚みを有する、高屈折率の従来の薄層３０５である。この層、及び残りのすべての高ｎ層は、２．０２の屈折率を有する、Ｓｉ_３Ｎ_４からなる。第２層３１０は、この場合は１．４８の屈折率を有するＳｉＯ_２からなる、４０ｎｍで低屈折率の従来の層である。この後、３０ｎｍの高ｎ層３１５、２５ｎｍの低ｎ層３２０、１００ｎｍの高ｎ層３２５、１０ｎｍの低ｎ層３３０、及び５０ｎｍの高ｎ層３３５が続く。すべての高ｎ層はＳｉ_３Ｎ_４からなり、すべての低ｎ層はＳｉＯ_２からなる。従来より、最後の層は、例えば１００ｎｍでＳｉＯ_２層などの低ｎ層であった。しかしながら、図３Ａの実施形態において、上部層は１０個の２重層のナノラミネートから作製され、各２重層は、ＳｉＯ_２からなる５ｎｍのナノ層と、この例ではスパッタリンクにより形成される際１．６７の屈折率を有するＡｌ_２Ｏ_３である、Ｓｉ_３Ｎ_４の屈折率よりもＳｉＯ_２の屈折率に近い屈折率を有する材料からなる５ｎｍのナノ層とから作製される。つまり、上部層３４０の有効屈折率は、［（５×１．４８）＋（５×１．６７）］／１０＝１．５７であり、これは、Ｓｉ_３Ｎ_４の高率よりもＳｉＯ_２の低率に近いものである。

ゆえに、一般に、図３Ａの実施形態は、第１屈折率を有する複数の第１層と、第１屈折率と異なる第２屈折率を有する複数の第２層とを含む光学コーティングを提供し、複数の第１層及び複数の第２層は、基板上に組み合わせられるように交互に形成され、複数の第２層からの１個の層で終端し、該１個の層上に、複数の２重層を有するナノラミネートを含む上部層が形成され、各２重層は、上部層の有効屈折率が第２屈折率よりも第１屈折率に近い値を有するように異なる材料からなる２個のナノ層を含む。また、２つの異なる材料は、式（ｎ_１－ｎ_２）／（ｎ_１＋ｎ_２）≦０．０７を満たし、式中、ｎ_１及びｎ_２は２つの異なる材料の屈折率であるように選択される。また、得られた上部層の有効屈折率ｎ_ｅｆｆは式｜（ｎ_ｅｆｆ－ｎ_ｓ）／（ｎ_ｅｆｆ＋ｎ_ｓ）｜≧０．１０を満たし、式中、ｎ_ｓは第２屈折率であることが望ましい。

図３Ｂは、図３Ａの構造を置き換え得る光学コーティングの他の実施形態を示す。図３Ｂの実施形態は耐久性を増大させるだけでなく、また低屈折率層の有効屈折率を変化させることができる。具体的に、図３Ｂにおいて、すべての高ｎ層は標準的な層である一方、すべての低ｎ層はナノラミネートである。層３１１は４個の２重層から作製され、各２重層は全体で４０ｎｍになるようにＳｉＯ_２からなる５ｎｍのナノ層及びＡｌ_２Ｏ_３からなる５ｎｍのナノ層を有する。層３２１は、例えば、全体で２５ｎｍになるように２個のＡｌ_２Ｏ_３からなる５ｎｍのナノ層と組み合わせられた３個のＳｉＯ_２からなる５ｎｍのナノ層から作製される。層３３１は、全体で１０ｎｍになるようにＳｉＯ_２からなる５ｎｍのナノ層及びＡｌ_２Ｏ_３からなる５ｎｍのナノ層を有する１個の２重層から作製される。層３４０は１０個の２重層から作製され、各２重層は全体で１００ｎｍになるようにＳｉＯ_２からなる５ｎｍのナノ層及びＡｌ_２Ｏ_３からなる５ｎｍのナノ層を有する。つまり、標準的なＡＲＣ層を使用する際、高ｎは２．０２であり、低ｎは１．４８であったが、図３Ｂの実施形態において、高ｎはなお２．０２であるが低ｎは１．５７である。

あるいは、低屈折率をＳｉＯ_２の屈折率に近いものにしておくため、２重層をＳｉＯ_２及びＳｉＯＮから作製することができる。ＳｉＯＮは、Ｎ_２Ｏなどの窒素含有ガス流を添
加することで形成される。形成時のＮ_２Ｏ流に応じて、ＳｉＯＮの屈折率は１．４６～１．５６に調整することができる。ゆえに、上端でも、（１．５６－１．４６）／（１．５６＋１．４６）＝０．０３が得られ、これは要求される０．０７内に十分に収まるものである。同様に、２重層をＳｉＯ_２及びＳｉＡｌＯから作製することができる。ＳｉＡｌＯは約１．５０の屈折率を有するので、（１．５０－１．４６）／（１．５０＋１．４６）＝０．０１が得られ、これは要求される０．０７内に十分に収まるものである。

ゆえに、一般に、図３Ｂの実施形態は、第１屈折率ｎ_１を有する複数の第１層と、第１屈折率と異なる第２屈折率ｎ_２を有する複数の第２層とを含む光学コーティングを提供し、複数の第１層及び複数の第２層は、基板上に組み合わせられるように交互に形成され、複数の第２層のそれぞれは少なくとも１個の２重層を有するナノラミネートを含み、各２重層は、各ナノラミネートの有効屈折率が第２屈折率と等しくなる、すなわちｎ_ｅｆｆ＝ｎ_２となるように、第３屈折率ｎ_３を有する第１ナノ層と第４屈折率ｎ_４を有する第２ナノ層とを含む。これに関して、有効屈折率は、式｜（ｎ_ｅｆｆ－ｎ_１）／（ｎ_ｅｆｆ＋ｎ_１）｜≧０．１０を満たす。有効屈折率は、ナノ層の屈折率の重み付き平均であり、ｎ_ｅｆｆ＝［（ｔ_３×ｎ_３）＋（ｔ_４×ｎ_４）］／（ｔ_３＋ｔ_４）として表すことができ、式中、ｔ_３及びｔ_４は各ナノ層の厚みである。また、第１ナノ層及び第２ナノ層は、式（ｎ_３－ｎ_４）／（ｎ_３＋ｎ_４）≦０．０７を満たすように選択される。

光学コーティングのさらなる例が図３Ｃに示される。図３Ｃの実施形態では、すべての層がナノラミネートである。低ｎラミネートは、図２Ｂに関して記載したものと同様であるが、高ｎ層もまたナノラミネートに置き換えられている。この例では、第１層３０６は、１個の５ｎｍのＡｌＮナノ層と１個の５ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４ナノ層との１個の２重層である。層３１６は、３個の２重層のナノラミネートであり、各２重層は１個の５ｎｍのＡｌＮナノ層と１個の５ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４ナノ層とから作製される。層３２６は、１０個の２重層のナノラミネートであり、各２重層は１個の５ｎｍのＡｌＮナノ層と１個の５ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４ナノ層とから作製される。層３３６は、５個の２重層のナノラミネートであり、各２重層は１個の５ｎｍのＡｌＮナノ層と１個の５ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４ナノ層とから作製される。つまり、高ｎラミネートの有効屈折率は、［（５×２．０２）＋（５×２．１５）］／１０＝２．０８５である。

ゆえに、一般に、図３Ｃの実施形態は、第１屈折率を有する複数の第１層と、第１屈折率と異なる第２屈折率を有する複数の第２層とを含む光学コーティングを提供し、複数の第１層及び複数の第２層は、基板上に組み合わせられるように交互に形成され、複数の第１層のそれぞれは、異なる材料の２個のナノ層から作製される少なくとも１個の２重層を有する第１ナノラミネートを含み、第１ナノラミネートの有効屈折率は第１屈折率と等しくなるように構成され、複数の第２層のそれぞれは、少なくとも１個の２重層を有する第２ナノラミネートを含み、各２重層は異なる材料の２個のナノ層を含み、第２ナノラミネートの有効屈折率は第２屈折率と等しくなるように構成される。

また、一般に、図３Ｃの実施形態は、第１屈折率を有する複数の第１層と、第１屈折率と異なる第２屈折率を有する複数の第２層とを含む光学コーティングを提供し、複数の第１層及び複数の第２層は、基板上に組み合わせられるように交互に形成され、複数の第１層のそれぞれは、第１酸化物ナノ層と第１酸化物ナノ層とは異なる材料の第２酸化物ナノ層とから作製される少なくとも１個の酸化物２重層を有する酸化物ナノラミネートを含み、酸化物ナノラミネートの有効屈折率は第１屈折率と等しくなるように構成され、複数の第２層のそれぞれは、第１窒化物ナノ層と第１窒化物ナノ層とは異なる材料の第２窒化物ナノ層とから作製される少なくとも１個の窒化物２重層を有する窒化物ナノラミネートを含み、窒化物ナノラミネートの有効屈折率は第２屈折率と等しくなるように構成される。

ナノ層は、その材料特性を制御する（応力、硬度、化学量論）必要がある。この目的のため、反応性スパッタリングイオン支援堆積法が好ましい手法である。反応性スパッタリングは、化学量論的膜の迅速な堆積を可能にし、イオン支援部分は、堆積した膜の応力、密度、及び硬度の制御を補助する原子レベルの加熱を可能にする。また、ナノ層形成時にスパッタリングパラメータ及びガス流を制御することで、ナノラミネート内の２重層をなす２つのナノ層において、（ｎ_１－ｎ_２）／（ｎ_１＋ｎ_２）の結果が０．０７未満になり、高ナノラミネート及び低ナノラミネートの有効率において、（ｎ_１ｅｆｆ－ｎ_２ｅｆｆ）／（ｎ_１ｅｆｆ＋ｎ_２ｅｆｆ）の結果が０．１より大きくなるように、屈折率を調節可能である。

光学膜は高摩擦係数を有し得、これは、該光学膜が非常に硬いが、擦れ接触を繰り返すことで損傷し得るということを意味する。光学コーティングを摩耗から守るため、潤滑膜でコーティングすることができる。これは、図３Ａ～図３ＣにおいてＤＬＣと示した点線の層によって示される。この例において、ダイヤモンド様コーティング（diamond-likecoating、ＤＬＣ）膜は、少なくとも２０％の水素を含む高水素化ＤＬＣである。

さらに、消費者用ディスプレイ製品では、指紋によりディスプレイの可視性能が落ちる。これらのタイプの製品の最終面は、防汚又は指紋防止（ＡＦ）コーティングを有する必要がある。典型的に指紋防止用途に使用されるフルオロカーボン材料をＤＬＣに付着させることは非常に難しい。付着性を向上させるため、ＤＬＣとＡＦコーティングとの間に２層膜を使用する。シリコン薄膜は、第２のＳｉＯ２層を形成するために使用される酸素からＤＬＣを保護するため、ＤＬＣ上に堆積される。得られた積層体は図３Ｄに示されるが、類似するＤＬＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、及びＡＦのキャップ層は図３Ａ～図３Ｃの実施形態のいずれにも形成することができる。

本明細書に記載の処理や技術は本質的に任意の特定の装置に関するものではなく、任意の適切な構成要素の組合せによって実施することができる、ということが理解される必要がある。さらに、本明細書の記載に従って、種々のタイプの汎用デバイスを使用することができる。本発明は、特定の実施形態に関して記載されているが、これらはあらゆる点で限定ではなく例示を目的としている。本発明の実施に多様な組合せが適するということを当業者は理解するであろう。

さらに、本発明の他の態様は、本明細書を考慮して本明細書に開示の本発明を実施することから、当業者には明らかになる。記載の実施形態の種々の態様及び／又は構成要素は単独で又は任意の組合せで使用することができる。明細書及び実施例は例示のみとして考慮され、本発明の真の範囲及び趣旨は以下の特許請求の範囲によって示されるということが意図されている。

Claims (17)

1. 第１屈折率ｎ_１を有する複数の第１層と、
   前記第１屈折率とは異なる第２屈折率ｎ_２を有する複数の第２層とを含み、
   前記複数の第１層及び前記複数の第２層は、基板上に組み合わせられるように交互に形成され、
   前記複数の第２層のそれぞれは少なくとも１つの２重層を有するナノラミネート含み、各２重層は第３屈折率ｎ_３を有する第１ナノ層と第４屈折率ｎ_４を有する第２ナノ層とを含み、それぞれのナノラミネートの有効屈折率は前記第２屈折率等しく、ｎ_eff＝ｎ_２であり、
   前記有効屈折率は、ナノ層の屈折率の重み付き平均であり、ｎ_ｅｆｆ＝［（ｔ_３×ｎ_３）＋（ｔ_４×ｎ_４）］／（ｔ_３＋ｔ_４）の式で表され、式中、ｔ_３及びｔ_４は各ナノ層の厚みである、光学コーティング。
2. 前記有効屈折率ｎ_ｅｆｆは、式｜（ｎ_ｅｆｆ－ｎ_１）／（ｎ_ｅｆｆ＋ｎ_１）｜≧０．１０を満たす、請求項１に記載の光学コーティング。
3. 前記第１ナノ層と前記第２ナノ層は、式（ｎ_３－ｎ_４）／（ｎ_３＋ｎ_４）≦０．０７を満たすように選択される、請求項１に記載の光学コーティング。
4. 前記第１ナノ層はＳｉＯ_２を含み、前記第２ナノ層はＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、またはＳｉ_ｘＡｌｙＯ_ｚの１つを含む、請求項１に記載の光学コーティング。
5. 第１及び第２ナノ層のそれぞれは、２ｎｍ～１０ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載の光学コーティング。
6. 前記複数の第１層のそれぞれは少なくとも１つの２重層を有する第２ナノラミネート含み、各２重層は異なる材料の２つのナノ層を含み、前記第２ナノラミネートの有効屈折率は前記第１屈折率と等しい、請求項１に記載の光学コーティング。
7. 前記第２ナノラミネートのナノ層は、窒化物からなる、請求項６に記載の光学コーティング。
8. 前記第２ナノラミネートのナノ層は、ＡｌＮナノ層と５ｎｍＳｉ_３Ｎ_４ナノ層からなる、請求項７に記載の光学コーティング。
9. 第１屈折率を有する複数の第１層と、
   前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する複数の第２層とを含み、
   前記複数の第１層及び前記複数の第２層は、基板上に組み合わせられるように交互に形成され、積層体を形成し、
   前記積層体上に形成された上部層であって、複数の２重層を有するナノラミネート含み、各２重層はそれぞれが前記第１屈折率及び前記第２屈折率とは異なる屈折率を有する異なる材料からなる２つのナノ層を含む、上部層を含む、光学コーティング。
10. 有効屈折率は、前記ナノ層の屈折率の重み付き平均であり、前記上部層の前記有効屈折率は、前記第２屈折率よりも前記第１屈折率に近い値を有する、請求項９に記載の光学コーティング。
11. （ｎ_ｆ－ｎ_ｓ）／（ｎ_ｆ＋ｎ_ｓ）≧０．１０の関係を維持し、ｎ_ｆは前記２重層の有効屈折率であり、ｎ_ｓは前記第１屈折率又は前記第２屈折率のうちの１つの屈折率である、請求項１０に記載の光学コーティング。
12. ナノ層は、交互の組成及び／又は結晶相からなるが、屈折率はマッチングする、請求項９に記載の光学コーティング。
13. （ｎ_１－ｎ_２）／（ｎ_１＋ｎ_２）＜０．０７の関係を維持し、ｎ_１とｎ_２は前記２つのナノ層の屈折率である、請求項９に記載の光学コーティング。
14. 前記光学コーティングは、前記複数の第１層によって所望の色を反射するように設計され、前記複数の第２層は、半波長（１／２λ）積層体に形成される、請求項９に記載の光学コーティング。
15. 前記光学コーティングは、前記複数の第１層によって反射防止コーティングとして設計され、前記複数の第２層は４分の１波長（１／４λ）積層体に形成される、請求項９に記載の光学コーティング。
16. 前記複数の２重層は、異なる厚さを有する、請求項１５に記載の光学コーティング。
17. 前記複数の第１層、前記複数の第２層、及び前記複数の２重層のうちの少なくとも１つは、ＭｇＯ、クロム、チタン、タンタル及びホウ素のうちの１つを組み込んだ合金を含む、請求項９に記載の光学コーティング。